Sua madre, Geneva, era un'infermiera e suo padre Armand - quando lavorava - era un ragioniere. Quando divorziarono, nel 1954, James Ellroy andò a vivere con la madre a El Monte: qui Geneva fu assassinata quattro anni dopo da uno sconosciuto. Il tentativo di Ellroy di risolvere il delitto di sua madre è nel suo libro I miei luoghi oscuri. Dopo la sua morte, Ellroy si trasferì con Armand.
Frequentò il liceo ebraico di Fairfax dove, per attirare l'attenzione su di sé, compiva gesti eclatanti, come inviare volantini nazisti alle ragazze che gli piacevano, criticare John Kennedy e reclamare la reintroduzione della schiavitù. Sorprendentemente, fu picchiato solo una volta dai compagni di scuola per le sue esternazioni anti-semite.
Il giovane James nei primi anni Sessanta era un grande fan del serial televisivo The Fugitive ed era ossessionato dai libri polizieschi: quando non leggeva, rubava cibo e riviste pornografiche nei negozi. In quel periodo suo padre ebbe un infarto ed Ellroy, riluttante, dovette prendersi cura di lui.
Fu espulso dal liceo per aver espresso ideali nazisti in classe, e poco dopo entrò nell'esercito, ma se ne pentì subito: inadatto alla vita militare, si fece esonerare fingendo di avere disturbi mentali. Dopo aver fatto ritorno a Los Angeles, suo padre morì in ospedale.
Dopo la morte di Armand, James si trasferì nel suo appartamento coi soldi che l'esercito gli aveva pagato, ma andò a finire in riformatorio per aver tentato di rubare una bistecca in un negozio. A diciotto anni tornò a fare la vita di strada: viveva nei parchi e faceva irruzione nelle case delle ragazze che gli piacevano per rubare la loro biancheria intima. Si ubriacava, sperimentava droghe, e leggeva centinaia di libri polizieschi; quando faceva freddo andava in appartamenti disabitati: la polizia lo beccò più di una volta a commettere quest'infrazione e venne arrestato.
Uscito dal carcere, trovò lavoro in una libreria per adulti, ma l'abuso di medicinali e droghe ormai l'aveva portato sull'orlo della schizofrenia e l'alcool stava seriamente compromettendo la sua salute. Ellroy a quel punto si iscrisse alla Società Alcolisti Anonimi e riuscì a smettere di bere. Dopodiché si procurò un lavoro come caddy e iniziò a progettare mentalmente il plot di un giallo che poi sarebbe diventato il suo primo romanzo, Prega Detective del 1981, pubblicato a trent'anni, cui segue poco dopo Clandestino. In seguito Le strade dell'innocenza, Perché la notte e La collina dei suicidi formano la "trilogia di Lloyd Hopkins", incentrata sul medesimo protagonista, un oscuro poliziotto del dipartimento di Los Angeles.
Risale agli anni Ottanta anche quella che viene denominata "la tetralogia di Los Angeles", dedicata al lato oscuro e torbido della Città degli angeli: Dalia Nera, incentrato sul misterioso omicidio irrisolto di una starlette che fece scalpore; Il grande nulla, che ha ancora Hollywood come sfondo; L.A. Confidential, che prende spunto da un massacro in un coffee shop realmente accaduto, e White Jazz, che riprende alcuni personaggi del romanzo precedente.
La cosiddetta "trilogia americana" è invece composta da American Tabloid (1995), che si caratterizza ancora per una mescolanza tra elementi di finzione e di realtà, Sei pezzi da mille (2001), che passa dall'assassinio di Kennedy a quello di Martin Luther King e Il sangue è randagio (2009), che riprende il tema dell'intreccio fantapolitico. Nel 2010 l'autore pubblica un nuovo romanzo, l'autobiografico Caccia alle donne, con il quale Ellroy riprende l'episodio cruciale dell'omicidio di sua madre, che lo ha ossessionato per tutta la vita.
La qualità della scrittura di Ellroy, intrinsecamente visuale, e sovente ambientata nei dintorni del mondo hollywoodiano, è stata una materia perfetta per numerose trasposizioni cinematografiche, che peraltro non hanno sempre reso giustizia al genio dell'autore. Dopo Indagine ad alto rischio del 1988, insolito adattamento de Le strade dell'innocenza, risale al 1997 la versione per il Grande schermo di una delle sue opere più famose, L.A. Confidential di Curtis Hanso, che vede Kevin Spacey, Russell Crowe e Guy Pearce vestire i panni dei tre agenti di polizia protagonisti, e che viene premiato con l'Oscar per la migliore sceneggiatura e con quello per la migliore attrice non protagonista, assegnato a Kim Basinger.
L'anno seguente, invece, Prega detective si trasforma in Una brutta indagine per l'ispettore Brown, per la regia di Jason Freeland.
Dopo una nuova trasposizione televisiva di L.A. Confidential nel 2003 con protagonista Kiefer Sutherland, e L.A. County 187, sceneggiato dallo stesso Ellroy, nel 2006 Brian De Palma accetta la sfida, vinta solo parzialmente, di trasporre uno dei più torbidi e inquieti lavori di Ellroy, The Black Dahlia, con Mia Kirshner nel ruolo della Dalia Nera e Josh Hartnett e Aaron Eckhart in quelli degli investigatori dell'omicidio. Due anni dopo è la volta de La notte non aspetta, tratto da un racconto dell'autore, con protagonista Keanu Reeves nei panni di un poliziotto ingiustamente accusato di assassinio.
Ellroy ha inoltre realizzato il soggetto di Rampart, ispirato a un reale scandalo di corruzione che ha coinvolto la polizia di Los Angeles negli anni Novanta, che è stato affidato alla regia di Oren Moverman e all'interpretazione di Woody Harrelson. Si vocifera, invece, che una sceneggiatura dell'autore rimasta per parecchi anni nel cassetto, 77, abbia suscitato l'interesse di Russell Crowe, il quale vorrebbe cimentarsi per la prima volta anche dietro la macchina da presa proprio con questo soggetto. Anche la trasposizione di White Jazz, attesa per il 2012, risulta per il momento non confermata.
Nel 2006 James Ellroy ha divorziato dalla sua seconda moglie, la scrittrice Helen Knode.
2011 Sceneggiatura, Soggetto
2008 Soggetto, Sceneggiatura
2006 Soggetto
2002 Soggetto
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